JP4248574B2 - 潮力発電装置 - Google Patents

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Description

本発明は潮力または波力を利用した発電技術に関し、特に圧電素子を利用した発電技術に関する。
波力より電力を取り出す従来の技術としては、水底に固定若しくは繁留された第１の構造物と、波浪により搖動し前記第１の構造物と相対運動を行う第２の構造物との間に、緊張・弛緩により発電を行う圧電フィルムを張設し、第１の構造物と第２の構造物の相対運動を電力に変換するものがある。
特許第３３７７５９０号公報
背景技術の発明は、第２の構造物を海面に露出させ、当該構造物に加わる波力を電力に変換することを特徴としていた。
このため背景技術の発明の適用場所は、海面の構造物及び防波堤に限定された。
貫通穴を備えたプレート群と、当該プレート群の当該貫通穴を貫通し当該プレート群を２枚のフランジで挟む構造をした貫通棒と、当該プレート群の間に挟まった圧電素子と、当該圧電素子に接続され当該圧電素子の出力電流を整流する整流回路と、当該整流回路に接続され当該整流回路の出力電流を蓄電する蓄電器と、当該プレート群の上部に設置されたフィンと、当該貫通棒の当該プレート群が連結していない側の一端を固定する土台により発電装置を構成する。
本発明の作用を以下に説明する。
海中では、海面の波の振動や潮汐や海流や河川の流れ込みにより絶えず水圧の変動が発生し、これにより短周期の不規則な水流が生じるものと考えられる。
特に海底付近では、この不規則な水流は海底面に対し、ほぼ平行であると想像される。
本発明を海中に設置し、かつ本発明のフィンをプレート群の上方に鉛直に設置する事により、当該フィンは短周期の不規則な水流の妨げとなり、これにより当該フィンは不規則な水流より抵抗力を受ける。
本発明のフィンの受けた不規則な水流の抵抗力は、プレート群を介して貫通棒に伝えられる。
貫通棒は適当な弾性を備えており、かつ当該貫通棒の一端が土台に固定されているため、当該貫通棒は水平方向にしなりを生じる。
本発明のプレート群は、貫通棒と緩く結合しているため、当該プレート群の各プレートは、当該貫通棒のしなりの傾きに応じ水平に平行移動をするが、当該貫通棒のフランジ間の間隔は一定であるため、当該プレート群の各プレートの垂直方向の間隔は縮小する。
これにより本発明のプレート群の各プレート間に挟まっている圧電素子は垂直方向に圧縮され、これに伴い電力を生じる。
本発明の圧電素子の圧縮により生じた電力は、整流回路により直流に整流されて、蓄電器に蓄電される。
また本発明のフィンに加わる不規則な水流による抵抗力が弱まった場合、本発明の貫通棒及び圧電素子の弾性により貫通棒のしなりが復元し、プレート群の各プレート間の間隔は元の間隔に復元する。
圧電素子は元の厚さに復元する時に逆電圧の電力を生じるが、当該電力は本発明の整流回路により直流に整流されて、蓄電器に蓄電される。
このようにして本発明は、海中に生じる不規則な水流を効率良く電力に変換する。
このため本発明は、海面や防波堤に限定されることなく、海中や海底においても発電が可能である。
図１に本発明の正面図を示す。
図２に本発明の右側面図を示す。
まず本発明は、コンクリート製の土台４に２つのフランジを持つチタン合金製の貫通棒３が複数本固定されている。
貫通棒３の２つのフランジの間には、アルミ合金製のプレート１a,１b,１cが挿入されており、更にプレート１aと１bの間には、発電モジュール５aが挿入されており、プレート１bと１cの間には、発電モジュール５bが挿入されている。
プレート１aの上面には、図１中の２aと２b及び図２中の２cと２dに示すアルミ合金製の４枚のフィン２がプレート１aの中心より放射状に垂直に設置されている。
フィン２a,２b,２c,２dには、アルミ合金製の扉６a,６b,６c,６dが取り付けられている。
土台４の上面には蓄電モジュール７が埋め込まれており、蓄電モジュール７と発電モジュール５bは同軸ケーブル８aによって接続されている。
更に蓄電モジュール７には同軸ケーブル８b及び８cが接続されている。
図３に本発明の正面図の左端の拡大図を示す。
図３中、１０は貫通棒３のフランジであり、９a及び９bは貫通棒３に取り付けられたフランジ１０と同じ働きをするチタン合金製の大型ナットであり、１１aと１１bと１１cはチタン合金製の小型ボルトであり、１２aと１２bと１２cはチタン合金製の小型ナットである。
図３に示す通り、大型ナット９a及び９bはプレート１aに密着して締め付けてあるが、１２a,１２b,１２c等の小型ナット１２はプレート１cに対し余裕を持って締め付けてある。
図４に発電モジュール５bの水平方向の断面図を示す。
図４中、１３はポリエチレン製の発電モジュール外皮であり、１４は強誘電体または誘電性エラストマを積層に成形したドーナツ型の圧電素子であり、１５a及び１５bは基板であり、１６a及び１６bはダイオードブリッジであり、１７a及び１７bはコンデンサであり、１８aと１８bと１８cと１８dと１８eはペアケーブルである。
図４において圧電素子１４の両電極と基盤１５bは、ペアケーブル１８bによって接続されている。
基盤１５aと１５bは、ペアケーブル１８dによって接続されている。
図５に本発明を貫通棒３で水平に切断し、プレート１cを底から見た図を示す。
図５中、１９aと１９bと１９cと１９dはプレート１cに設けた切り欠きであり、２０aと２０bと２０cはプレート１cに設けた土砂の排出口であり、これらはプレート１a,１b,１c間に土砂が堆積するのを防止する。
図６に本発明の作用を説明する。
図６中、２１は海面の波の振動や潮汐や海流や河川の流れ込みの影響によって生じた短周期の不規則な水流の想像線であり、図６中を右から左に向かって流れるものとする。
水流２１は本発明のフィン２cに当たり大きく蛇行する。
この時フィン２cは水流２１より抵抗力を得る。
フィン２cが水流２１より得た抵抗力は、プレート１aを介して貫通棒３に伝えられる。
貫通棒３は適当な弾性を備えたチタン合金製であり、かつ一端が土台に固定されているためフィン２cが水流２１より得た抵抗力に応じてしなりを生じる。
このためプレート１a,１b,１cを貫通する貫通棒３は傾斜し、当該傾斜に応じプレート１a,１b,１cは水平に平行移動をする。
図７に、水流２１より抵抗力を受けた場合の本発明の正面図の左端の拡大図を示す。
図７に示す通り、水流２１からの抵抗力により本発明の貫通棒３は左に傾斜する。
しかしながら貫通棒３が複数本あるため、プレート１a及び１b及び１cは水平を維持する。
この時、フランジ１０と大型ナット９bの間隔が一定であるため、プレート１aと１cの間の距離は、貫通棒３が垂直に立っている時より狭くなる。
プレート１aと１cの間の距離の短縮は、発電モジュール５a及び５bの厚みの圧縮によるものであり、当該厚みの圧縮により発電モジュール５a及び５bは発電を行なう。
本発明に加わる水流の抵抗力が減少した場合、貫通棒３及び発電モジュール５a及び５bの復元力により貫通棒３の傾斜は垂直に近くなり、その分プレート１aと１cの間の距離は拡大する。
プレート１aと１cの間の距離の拡大に伴い発電モジュール５a及び５bは厚みを復元し、当該厚みの復元により発電モジュール５a及び５bは発電を行なう。
また小型ボルト１１a,１１b,１１c及び小型ナット１２a,１２b,１２cは、発電モジュール５a及び５bを緩くプレート１a及び１b及び１cに固定するためのものであり、耐久性が確保できれば小型ボルト１１a,１１b,１１c及び小型ナット１２a,１２b,１２cの代わりに接着剤を用いて発電モジュール５a及び５bの片面を固定しても良い。
発電モジュール５a,５b,５c等各発電モジュール５は、十分な発電電圧を確保するために必要な数の圧電素子１４を直列に接続して構成する。
発電モジュール５a,５b,５c等各発電モジュール５は、互いに並列に接続されて、同軸ケーブル８aに接続される。
同軸ケーブル８aは蓄電モジュール７に接続され、更に蓄電モジュール７内の大容量キャパシタに接続される。
大容量キャパシタは、蓄電モジュール７の筐体に設置された２つの同軸コネクタに並列に接続されている。
蓄電モジュール７の筐体に設置された２つの同軸コネクタに同軸ケーブル８b及び８cを接続し、同軸ケーブル８b及び８cを他の本発明に接続する事で、多数の本発明を並列に接続することが可能となる。
このようにして発電した電力は、例えば同軸ケーブル８cを介して陸上に設置したパワーコンディショナーに供給され、更に変電施設を介して商用電力系統に売電される。
フィン２a,２b,２c,２dに設置された扉６a,６b,６c,６dの上辺は、ばねを内蔵した回転軸によって固定されている。
このため本発明に加わる水流の抵抗力が小さい場合は、扉６a,６b,６c,６dは閉じているが、本発明に加わる水流の抵抗力が大きい場合は、扉６a,６b,６c,６dは開き、本発明に加わる水流の抵抗力を減少させ、水流の抵抗力による本発明の破壊を防止する。
(１)貫通棒３の長さ：１.５ｍ
(２)プレート１a,１b,１cの一辺の長さ：４ｍ
本発明は、海中に生じる短周期の不規則な水流の働きにより、海中及び海底に設置して発電をすることが出来る。
また本発明の貫通棒を船舶の甲板に固定して本発明を船舶上に設置した場合、波力により本発明全体が動搖し、プレート群の慣性力で貫通棒がひずむため、船舶上においても発電が可能となる。
本発明の正面図である。 本発明の右側面図である。 本発明の正面図の左端の拡大図である。 発電モジュール５bの水平方向の断面図である。 本発明を貫通棒３で水平に切断し、プレート１cを底から見た図である。 本発明の作用を説明する図である。 本発明の作用を説明する本発明の正面図の左端の拡大図である。
符号の説明
１a,１b,１c プレート
２,２a,２b,２c,２d フィン
３ 貫通棒
４ 土台
５,５a,５b,５c 発電モジュール
６a,６b,６c,６d 扉
７ 蓄電モジュール
８a,８b,８c 同軸ケーブル
９a,９b 大型ナット
１０ フランジ
１１a,１１b,１１c 小型ボルト
１２,１２a,１２b,１２c 小型ナット
１３ 発電モジュール外皮
１４ 圧電素子
１５a,１５b 基板
１６a,１６b ダイオードブリッジ
１７a,１７b コンデンサ
１８a,１８b,１８c,１８d,１８e ペアケーブル
１９a,１９b,１９c,１９d 切り欠き
２０a,２０b,２０c 排出口
２１ 水流の想像線

Claims (1)

  1. 貫通穴を備えたプレート群と、当該プレー ト群の当該貫通穴を貫通し当該プレート群を２枚のフランジで挟む構造をした貫通棒と、当該プレート群の間に挟まった圧電素子と、当該圧電素子に接続され当該圧電素子の出力電流を整流する整流回路と、当該整流回路に接続され当該整流回路の出力電流を蓄電する蓄電器より構成され、貫通穴の内径が、貫通棒の直径に対して、貫通棒が傾斜するのに十分なほど大きく、かつ当該貫通棒が傾斜することで、当該プレート群及びその間に挟まった当該圧電素子が当該貫通棒の両フランジにより圧搾されることを特徴とする発電装置。
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